Вопрос 12: Как и почему дальность действия радиолокационных станций зависит от длины волны.

 

При расчете дальности действия РТС приходится учитывать затухание радиоволн в тропосфере.

В тропосфере имеют место:

1) поглощение и рассеяние радиоволн гидрометеорами (дождь, снег, туман, град);

2) поглощение радиоволн молекулами газов, составляющих воздух.

Рассчитаем дальность действия активной РЛС в присутствии поглощения (рис. 1).

Пусть - мощность сигнала, который принимался бы в отсутствии поглощения, - мощность фактически принимаемого сигнала.

Рис. 1 – РЛС и цель в поглощающей среде

Затухание сигнала на трассе распространения выразим в логарифмической мере:

, откуда .

Введем погонное ослабление (затухание на единицу длины пути). Для активной локации ,

так что .

Примем следующую схему рассмотрения задачи: составим уравнение , решая его, находим: .

; .

откуда получаем:

.

Перепишем последнюю формулу в виде:

, (1)

где - дальность действия РЛС в свободном пространстве.

Рассматривая, подобным образом линию связи передатчик – приемник, получаем:

, где .

Из последних соотношений опять приходим к уравнению (1)

Однако, выразить из уравнения (1) как функцию затухания и дальности действия в свободном пространстве невозможно. Поэтому при практических расчетах пользуются семейством кривых , которые на основании формулы (1) строятся просто (рис. 2). По заданной дальности действия РТС и коэффициенту поглощения , который принимается постоянным на всей трассе, а находится дальность действия РТС в свободном пространстве.

Затем параметры РТС выбирают исходя из соответствующей формулы. Методика расчета дальности действия РТС при условии, что затухание приходит не на всей трассе, а на ее отдельных участках.

Рис 2 – Зависимость дальности действия от коэффициента поглощения

 

Оценим затухание количественно.

Затухание радиоволн в дожде и тумане иллюстрируется графиком на рис. 3. Ослабление радиоволн в результате снега и града значительно меньше, и их влиянием обычно пренебрегают.

Как видно из рис. 3 с увеличением затухание сильно уменьшается. Поэтому РЛС с дальностью действия более 300 км обычно работают на волне .

Рис. 3 - Зависимость коэффициента поглощения энергии радиоволн от длины волны и вида гидрометеоров: ------ дождь: 1 - очень слабый (0,2 мм/ч), 2 - слабый (1 мм/ч),

3 - средний (4 мм/ч), 4 - сильный (16 мм/ч);

- - - - туман: 5 — видимость 600 м, 6 — видимость 130 м, 7 — видимость 30 м

Поглощение энергии радиоволн молекулами газов зависит от частоты. Существуют области резонансного поглощения, где его интенсивность резко возрастает. Частоты резонансного поглощения близки к частотам собственных внутримолекулярных переходов или совпадают с ними.

Рис. 4.7. Зависимость коэффициента затухания в воздухе от длины волны

Резонансные линии всех газов атмосферы за исключением кислорода и водяного пара расположены вне диапазона радиоволн, поэтому существенно влияет на дальность действия РТС только поглощение молекулами кислорода и водяного пара. Поглощение молекулами водяного пара максимально на волне и , а молекулами кислорода – волнах и . Коэффициент затухания радиоволн в реальной атмосфере равен сумме коэффициентов затухания в гидрометеорах и на молекулярном уровне. На рис. 4 показана зависимость коэффициента затухания в воздухе у поверхности Земли от длины волны [8]. Ясно виден резонансный характер поглощения. Кроме того, из рис. 4 следует, что на волнах длиннее молекулярным поглощением радиоволн можно пренебречь.

Таким образом, на выбор длины волны с энергетической точки зрения влияют два противоречивых фактора - уменьшение длины волны приводит к увеличению направленности антенн фиксированных размеров, но увеличивает затухание радиоволн в тропосфере. Для каждой дальности действия существует оптимальная длина волны.